[发明专利]大视场空间相机行周期实时调整系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及以遥感卫星为平台对地球进行观测的大视场空间相机，具体涉及大视场空间相机在轨摄影时行周期的实时调整方法和系统。

背景技术

在空间相机对地摄影时，在地球的自转运动和卫星的轨道运动等的综合作用下，相机和地物点的相对运动产生像移，导致成像质量的下降。目前传输型遥感卫星主要通过调整空间相机成像传感器的行转移周期(简称行周期)和像移速度的大小相匹配，来消除像移导致的成像质量下降。行周期表征了成像传感器通过光电转换产生的电荷包在沿轨方向的转移频率，为了与像移速度匹配，需要在轨实时调整。

当遥感卫星的轨道高度一定时，其覆盖宽度随着空间相机视场角的增大而增加，大视场空间相机可以在保持较高的空间分辨率的同时，实现对感兴趣目标的大范围快速搜索，在军事和救灾等领域具有十分重要的意义和价值。

当空间相机的视场角较小时，可以采用目前已经提出的基于圆地球的空间相机像移计算模型，用中心视场的像移速度代替其他视场位置的像移速度进行全视场的像移补偿(孔德柱,刘金国,吕世良等.空间相机像移速度计算方法及DSP实现.光学精密工程,2009,17(8):1935-1941.王家骐,于平,颜昌祥等.航天光学遥感器像移速度矢计算数学模型.光学学报,2004，24(12):1585-1589)。这种方法仅适用于小视场空间相机，而且由于地球实际为椭球体，存在较大的误差。发明人曾提出一种基于地球椭球模型的三线阵立体测绘相机像移计算方法(武星星，刘金国.应用地球椭球的三线阵立体测绘相机像移补偿.光学精密工程，2011(8):1793-1800),但该方法仅适用于小视场空间相机，大视场空间相机的问题要复杂得多。

在大视场空间相机摄影过程中，不同视场位置对应的地物点存在较大的经度差和纬度差，导致地球自转引起的像移速度的大小和方向不同。而地球实际为椭球体，地物和投影中心的距离随视场位置、星下点与升交点夹角而变化，使卫星轨道运动产生的像移速度随之变化。在这些因素的综合作用下，大视场空间相机的像移速度随视场位置的不同有显著的变化。

而大视场空间相机的焦平面狭长，一般由多片成像传感器在一块像面基板上拼接而成，不同片成像传感器对应的视场位置不同。如果仍以中心视场的像移速度调整各片成像传感器的行转移周期，会导致大的像移匹配残差而使成像质量下降。

针对现有像移计算模型基于圆地球，未考虑地球扁率而存在较大误差的问题，授权专利CN100565105C提出在地面用STK软件进行轨道仿真，对仿真数据进行分析，得到地物点移动速度，进而得到像移速度，再通过卫星地面站上注给卫星使用。这一方法的主要问题在于，轨道仿真的数据并非卫星在轨运行时的真实数据，因而很可能和真实情况不符。另外由于需要先在地面仿真、分析，而后通过卫星地面站上注给卫星使用，难以保证在轨实时调整行周期的需要，且使用范围受限于卫星地面站的分布，并给卫星地面站额外增加大量的工作量。

相机控制器在计算得到行周期的值后，需要产生行周期信号送往成像单元，行周期信号为周期与行周期一致的脉冲信号。成像单元收到行周期信号后，控制成像传感器光电转换产生的电荷包在沿轨方向的转移频率与之相同。为了避免潜通问题，行周期信号是否输出给成像单元还受成像单元开机指令和成像单元关机指令的控制，只有成像单元开机时才向成像单元输出行周期信号。目前主要由嵌入式处理器控制外接的定时/计数器芯片来产生行周期信号，通过外接的锁存器芯片来控制行周期信号的输出是否使能。对于大视场空间相机，由于需要根据不同视场位置的像移速度设置各个成像单元的行周期，而其焦面通常由十几甚至几十片成像传感器拼接而成，因此需要产生许多路不同的行周期信号。如果仍采用外接定时/计数器和锁存器芯片的方法，将需要大量外接的定时/计数器、锁存器芯片和地址译码电路，这无疑会大幅增加相机控制器的体积和功耗，并占用嵌入式处理器大量的机时。

发明内容

本发明为解决现有方法存在仅适用于小视场空间相机、未考虑地球扁率、且与真实情况不符及难以保证实时性的问题。提供一种大视场空间相机行周期实时调整系统和方法。